材料分析方法知識點總結(jié)——前四章

1、第一章1、X 射線有什么性質(zhì)，本質(zhì)是什么？波長為多少？與可見光的區(qū)別。 （*） 性質(zhì)：波粒二象性，本質(zhì)：電磁波或電磁輻射，波長：大約在 10-810-12m 間，區(qū)別：波長 短。2、什么是X射線管的管電壓、管電流？它們通常采用什么單位？數(shù)值通常是多少？ （* ）3、 X射線管的焦點與表觀焦點的區(qū)別與聯(lián)系。（*）焦點：焦點是指陽極靶面被電子束轟擊的地方，正是從這塊面積上發(fā)射出X射線。表觀焦點：4、X射線有幾種？產(chǎn)生不同 X射線的條件分別是什么？產(chǎn)生機理是怎樣的？晶體的 X射線 衍射分析中采用的是哪種 X射線？ （ *）連續(xù) X 射線：單位時間內(nèi)到達陽極靶面的電子數(shù)目是極大量的，極大數(shù)量的電子射到

2、陽極 靶上的條件和時間不可能是一樣的， 絕大多數(shù)電子要經(jīng)歷多次碰撞， 產(chǎn)生能量各不相同的輻 射，因此出現(xiàn)連續(xù) X射線譜。標識 X 射線：在電子轟擊陽極的過程中，當某個具有足夠能量的電子將陽極靶原子的內(nèi)層 電子擊出時，于是在低能級上出現(xiàn)空位， 系統(tǒng)能量升高， 處于不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。 較高能級上的 電子向低能級上的空位躍遷，并以光子的形式輻射出標識X射線譜。特征X射線5、特征X射線，連續(xù)X射線與X射線衍射的關系。（*）6、什么是同一線系的特征 X射線？不同線系的特征 X射線的波長有什么關系？同一線系的特征X射線的波長又有什么關系？什么是臨界激發(fā)電壓？為什么存在臨界激發(fā)電壓？（ *）由不同外層上的電子躍

3、遷至同一內(nèi)層上來而輻射的特征譜線屬于同一線系。同一靶材的K、L、M系譜線中，K系譜線波長最短。入Ka 入La 入M% .同一線系各譜線關系：入Ka 入K3 入Ky 當電壓達到臨界電壓時， 標識譜線的波長不再變， 強度隨電壓增加。最低管電壓， 稱為激發(fā) 電壓 U 激。7、 什么是臨界激發(fā)電壓？為什么存在臨界激發(fā)電壓？（*）8為什么我們通常只選用 Cr、Fe、Co Ni、Mo、Cu W等作陽極靶，產(chǎn)生特征 X射線的 波長與陽極靶的原子序數(shù)有什么關系。由于L系、M系特征譜線波長較長，容易被物質(zhì)吸收，所以在晶體衍射分析中常用 K系譜線。 輕元素的K系輻射由于波長值大， 容易被X射線管窗口，甚至空氣所吸

4、收而不好利用； 太重 元素靶材所產(chǎn)生的 K 系譜線， 其波長又太短，且連續(xù)輻射所占比例又太大。 所以，采用單色 輻射的衍射實驗宜用 Cr、Fe、Co Cu、Mo等靶材的X射線管。莫塞萊定律：標識X射線譜的頻率和波長只取決于陽極靶物質(zhì)的原子能級結(jié)構(gòu)，是物質(zhì)的固有特性。且存在如下關系：莫塞萊定律：標識X射線譜的波長入與原子序數(shù)Z關系為：9、什么是相干散射、非相干散射？它們各自還有什么名稱？相干散射與X射線衍射的關系。（*）相干散射：物質(zhì)中的電子在 X射線電場的作用下， 產(chǎn)生強迫振動。這樣每個電子在各方向產(chǎn) 生與入射X射線同頻率的電磁波。新的散射波之間發(fā)生的干涉現(xiàn)象稱為相干散射。經(jīng)典散射，又稱為湯姆

5、遜散射。非相干散射： 當 X 射線光子沖擊原子中束縛力弱的電子 （如輕原子中的電子， 原子中的外層 電子）或自由電子時，電子被撞離原子并帶走光子的一部分能量而成為反沖電子，X 射線光子離開原來方向，能量減小，波長增加。量子散射，又稱為康普頓效應10、短波限，吸收限，激發(fā)限如何計算？注意相互之間的區(qū)別與聯(lián)系。（* ）短波限：連續(xù)X射線譜在短波方向有一個波長極限，稱為短波限b吸收限：?k也稱為被照物質(zhì)因產(chǎn)生熒光輻射而大量吸收入射X射線的吸收限。11、 什么是X射線的真吸收？比較 X射線的散射與各種效應。（*） 真吸收：由于光電效應、俄歇效應、熱效應而消耗的那部分入射X 射線能量稱為物質(zhì)對 X 射線

6、的真吸收。12、 什么是二次特征輻射？其與熒光輻射是同一概念嗎？與特征輻射的區(qū)別是什么？（* ）二次特征輻射：當X射線光子具有足夠高的能量時，將同X射線管中的高速電子一樣，可以將被照物質(zhì)原子中的內(nèi)層電子打擊出來。 光子擊出電子產(chǎn)生光電效應， 被擊出的電子稱為 光電子。被打掉了內(nèi)層電子的原子處于激發(fā)狀態(tài)，從而成為一個特征 X射線的輻射源。將隨之發(fā)生如前所述的外層電子向內(nèi)層躍遷的過程， 同時輻射出波長嚴格一定的特征 X 射線。 為 區(qū)別于電子擊靶時產(chǎn)生的特征輻射，稱由 X 射線激發(fā)產(chǎn)生的特征輻射為二次特征輻射。 二次特征輻射本質(zhì)上屬于光致發(fā)光的熒光現(xiàn)象，故也稱為熒光輻射。 特征輻射是電子激靶產(chǎn)生的

7、，二次特征輻射是光子激靶產(chǎn)生13、 什么是俄吸電子與俄吸效應，及與二次特征輻射的區(qū)別。（*）俄歇效應：原子K層電子被擊出，L層電子，其能量差，可能不是以產(chǎn)生一個 K系X射線光 量子的形式釋放， 而是被包括空位層在內(nèi)的鄰近電子或較外層電子所吸收，使這個電子受激發(fā)而逸出原子成為自由電子，這就是俄歇效應，這個自由電子就稱為俄歇電子。14、 反沖電子、光電子和俄歇電子有何不同? （ * ） 反沖電子： 外部能量被外層電子吸收，外層電子被激發(fā)電離 光電子： 外部能量被內(nèi)層電子吸收，內(nèi)層電子被激發(fā)電離俄歇電子： 外部能量被內(nèi)層電子吸收， 內(nèi)層電子向外層空位躍遷，輻射出能量， 該能量被外 層空位臨近的電子吸

8、收，被激發(fā)電離15、在X射線與物質(zhì)相互作用的信號中，哪些對我們進行晶體分析有益？哪些有害？非相 干散射和熒光輻射對 X 射線衍射產(chǎn)生哪些不利影響？（ * ）非相干散射不能參與晶體對 X射線的衍射，但也無法防止，它分布于各個方向，強度隨sin 0 /入 的增加而增大 .它會增加連續(xù)背影，給衍射圖象帶來不利的影響，特別對輕元素。16、 線吸收系數(shù)與質(zhì)量吸收系數(shù)的意義。并計算空氣對CrK a的質(zhì)量吸收系數(shù)和線吸收系數(shù) （假如空氣中只有質(zhì)量分數(shù) 80%的氮和質(zhì)量分數(shù) 20%的氧，空氣的密度為1.29 x 10-3g/cm3 ）（*） 線吸收系數(shù)訕的物理意義：X射線通過1立方厘米物質(zhì)時強度的相對衰減量。

9、 質(zhì)量吸收系數(shù)物理意義：表示單位重量物質(zhì)對 X射線強度的衰減程度。17、陽極靶與濾波片的選擇原則是怎樣的？（*）陽極靶材：原則：Z靶w Z試樣+1或Z靶?Z試樣。濾波片：Z靶40時Z濾片=Z靶-1 ; Z靶40時Z濾片=Z靶-2 濾波片的以將 Ka強度降 低一半最佳。18、推導出X射線透過物質(zhì)時的衰減定律 ，并指出各參數(shù)的物理意義。（*）佃、當采用厚度為t的濾片時，X射線的透射因子為ld/IO=O.5，假如，此濾片的厚度增加到 原來厚度的 2 倍時，計算此時的透射因子 Id/I0 的數(shù)值。 （*）20、 為使CuKz線的強度衰減1 /2,需要多厚的 Ni濾波片？ （ Ni的密度為8.90g/c

10、m3 ）。（*）21、 厚度為1 mm鋁片能把某單色 X射線束的強度降低為原來的33.9%，試求這種 X射線 的波長。 （*）第二章1、 布拉格方程與勞埃方程的推導過程各依據(jù)什么？二者關系。（*）2、 推導布拉格方程。說明布拉格方程中各物理量的意義。（*）2dSin B =n 入 n=（0, 1,2, 3.）3、 說明2dsin0=n X與2dsin 0=入的物理意義分別是什么，二者的區(qū)別點是什么。（* ）一般地說，面間距 d的（hkl）晶面的第n級反射，可以看作是晶面間距為d = d/n的（nhnk nl）晶面的第一級反射。4、 晶面指數(shù)與衍射指數(shù)的區(qū)別。如何辨別二者。（*）干涉指數(shù)與晶面指

11、數(shù)的明顯差別是干涉指數(shù)中有公約數(shù),而晶面指數(shù)只能是互質(zhì)的整數(shù)，當干涉指數(shù)也互為質(zhì)數(shù)時， 它就代表一族真實的晶面， 所以干涉指數(shù)是廣義的晶面指數(shù)。 習慣 上經(jīng)常將HKL混為hkl來討論問題。5、 掌握晶帶定律、晶面間距公式。（*）凡是屬于uvw晶帶的晶面，它們的晶面指數(shù)（HKL）都必須符合下式的條件。我們把這個關系式叫作晶帶定律。 Hu+Kv+Lw=06、 立方晶系的衍射方向公式及各字母意義。（* ）從布拉格方程可以看出，在波長一定的情況下，衍射線的方向是晶面間距 d的函數(shù)。如果將各晶系的 d 值代入布拉格方程，可得：7、 為什么衍射線束的方向與晶胞的形狀與大小有關？（*）從布拉格方程可以看出，

12、在波長一定的情況下，衍射線的方向是晶面間距d的函數(shù)。布拉格方程可以反映出晶體結(jié)構(gòu)中晶胞大小及形狀的變化，但是并未反映出晶胞中原子的品種和位置。8、衍射方法有幾種？每種方法各有何特點？粉末（照相）法采用什么X射線？衍射圓錐是如何形成的？圓錐頂角是多少？（ *）勞埃法；周轉(zhuǎn)晶體法；粉未法勞埃法特點：1） CUSO45H2O單晶體固定不動；2）入射線與各晶面的布拉格角0固定不變；3）采用連續(xù)X射線輻射，靠晶面連續(xù)選擇不同波長的X射線來滿足布拉格方程的要求。周轉(zhuǎn)晶體法： 1）單色的 X 射線照射； 2）單晶體； 3）入射線的波長不變； 4）依靠旋轉(zhuǎn)單 晶體以連續(xù)改變各個晶面與入射線的0角來滿足布拉格方

13、程的條件。粉未法特點： 1）單色的 X 射線； 2）照射多晶體試樣； 3）利用晶粒的不同取向來改變?nèi)∠?以滿足布拉格方程。粉末法采用 單色 X 射線頂角是 209、 a-Fe為立方系晶體，點陣常數(shù)為a=0.2866 nm，如用Cr Ka照射（1=2.2909?）,求（110）、（200）、（211）的掠射角。（*）10、多晶衍射圓錐的頂點、 軸和母線各代表什么？連續(xù)圓錐和斷續(xù)圓錐是如何形成的？（* ）第三章1、 X 射線的衍射強度公式是什么？公式中各部分代表什么，意義是什么？（*）2、 衍射線的絕對強度、相對強度、累積強度（積分強度）的物理概念是什么？（* ）3、結(jié)構(gòu)因子 F 的意義。簡單晶胞

14、、體心晶胞、面心晶胞、底心晶胞中各有幾個原子，其坐 標是什么，結(jié)構(gòu)因子是多少？結(jié)構(gòu)因子與哪些因素有關？（ * ）結(jié)構(gòu)因子：定義F是以一個電子散射波振幅為單位所表征的晶胞散射波振幅 在簡單點陣 中，每個陣胞中只包含一個原子，其坐標為 000， F=fa 底心晶胞： 每個晶胞中有 2個同類原子，其坐標分別為 0, 0, 0和 1/2, 1/2,0 ，F(xiàn)=2fa當H+K為偶數(shù)時，即H, K全為奇數(shù)或全為偶數(shù)F=0當H+K為奇數(shù)時，即H、K中有一個奇數(shù)和一個偶數(shù) 體心晶胞： 每個晶胞中有 2個同類原子,其坐標為 0, 0,0和 1/2, ?, ?F=2fa當H+K+L為偶數(shù)時F=0當H+K+L為奇數(shù)時

15、面心點陣： 每個晶胞中有 4個同類原子,分別位于 000和 ?, ?, 0、 ?, 0, ?、 0, ?, ?,F=4fa當H、K、L全為奇數(shù)或偶數(shù)時F=0當H、K、L中有2個奇數(shù)一個偶數(shù)或 2個偶數(shù)1個奇數(shù)時 結(jié)構(gòu)因子只與原子品種和原子的位置和原子的數(shù)量有關,而不受晶胞形狀和大小的影響4、 為什么說衍射束的強度與晶胞中的原子種類與位置有關？（* ）5、原子散射因子f的意義，f的影響因素是什么？影響規(guī)律怎樣？（與 sin入和原子序數(shù)Z 的關系）。（ * ）f 意義： （1）表示以一個電子散射波振幅為單位度量的一個原子的散射波振幅,所以有時也叫原子散射波振幅 ;（2） 表示原子散射波振幅相當于電

16、子散射波振幅的若干倍。它與sin 和入有關，規(guī)律是：隨sin曠入值減小而增大。在sin 4 0時，f = Z ,說明原子 中各電子散射波的位相差趨向于零6、 衍射峰的半高寬（度）B得意義及公式，影響衍射峰寬化的主要因素有哪些？ （* ）衍射圖上的強度峰將產(chǎn)生一定的寬度。在I = Imax/2處的強度峰寬度定義為半高寬B （度）B = ? （2-2 1 2）=（ -012）B = tcos （t=md , m為晶面數(shù)，d為晶面間距）7、洛倫茲極化因子是什么？它由幾部分組成？各是什么?(*)羅侖茲極化因子：？( 0 ) (1 + cos22 0) /sin2 B?cos 0羅侖茲極化因子為 B的函

17、數(shù)，所以也叫角因子&吸收因子與試樣的關系。(*)如米用X射線衍射儀，該米用什么試樣？吸收因子與什么有關?9、為什么在某種衍射強度的計算中吸收因子與溫度因子可以相互抵消？ (*)溫度效果和吸收效果對0角的依賴關系正好相反，因此在德拜法中互相比較兩條0角相近的譜線強度時，可以近似地忽略這兩種效果的影響。10、 X射線積分強度的計算步驟。(* )相對積分強度計算：用Cu-Ka射線，Ni濾波片，照射純 Cu試樣，試計算其衍射強度1、 標出HKL值：由于Cu為面心立方點陣，固其衍射指數(shù)為同性數(shù)，即 111,200, 220, 311,222, 400, 331,420,，其F=4fCu。按照H2+K2+

18、L2遞增的順序標出 HKL。2、求sin20f sin 0值：在立方晶系中，按照衍射方向公式，sin2 0 =( /4a2)(H2+K2+L2),及 入 Ka=1.54184 ?a=3.6153 ?,代入求sin2 0f sin 0 t值03、求原子散射因子fCu:計算sin 0值A再根據(jù)Cu的原子序數(shù)Z= 29及sin 0値*查附錄表，得到 fCu。4、 求 F2:因 Cu 是面心立方，故 F=4fCu,F2=16f2Cu。5、求P與?( 0 :)查表求 P與?( 0 ).11、 用Cu-Ka ( R.54056 ? ) X射線鎢的德拜相，從照片上測得前四對線的0角如下，已知鎢具有體心立方點陣，其點陣常